Устройство для измерения среднего индикаторного давления двигателя внутреннего сгорания

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сова СоветскикСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет С 0123/08 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий,5(088,8) Дата опубликования описания 07, 12 82 Р.А. Бикеева, Б.Д. Бородин, Р.А, Ивашев и С.М. Попова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ИНДИКАТОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Изобретение относится к приборостроению, а именно для диагностики и контроля двигаТелей внутреннего сгорания.Известны устройства для измерения среднего индикаторного давления, содержащие датчик давления, датчик угловых положений и датчик опорного:положения, постоянное запоминающее устройство, первый блок умножения, блок суммирования, регистратор, причем датчик давления связан с одним из входов первого блока умножения, к другому входу которо. го подключен выход постоянного запоминающего устройства, а выход блока суммирования соединен с входом регистратора. В этом устройстве датчик угловых положений за один оборот коленчато,го вала формирует серию импульсов, расстояние между которыми соответствует определенному углу поворота вала и число которых равно, например, числу металлических штырей, равномерно расположенных по окружности маховика, либо числу зубьев маховика. Датчики такого типа сравнительно просты, надежны и находят широкое применение при эксплуатационной диагностике двигателей. Момент начала отсчета импульсов датчика угловых положений определяетсяимпульсом датчика оорного положения,В известном устройстве по сигналу датчика угловых положений производится выборка из постоянного запоминающего устройства соответствующего данному угловому положению зна"чения функции и умножение этого значения на сигнал, пропорциональныйтекущему значению давления. Результаты умножения суммируются, а сумма 15 фиксируется регистратором 11 ). Одним из недостатков известного устройства является его сравнительно узкая область применения, вызванная тем, что в постоянном запоми-" нающем устройстве могут храниться исходные данные только для одного типа двигателя, и, следовательно, известное устройство практически не. может быть использовано для эксплуатационной диагностики, например, в .Условиях тепловозных депо, где требуется производить обслуживание различных типов двигателей.Целью изобретения является. расширение области применения устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство снабжено вторым блоком умножения, переключателем сигналов, управляемым формирователем импульсов, реверсивными счетчиком и делителем частоты, причем выход первого. блока умножения соединен непосредственно и через второйблок умножения с соответствующимивходами переключателя сигналов,выход которого подключен ко входу 10блока суммирования, выход датчикаугловых положений соединен с входомуправляемого Формирователя импульсов,первый выход которого соединенс управляющим входом блока суммирования, второй и третий выходы соединены соответственно с суммирующими вычитающим входами реверсивногосчетчика, выход которого подключенк входу постоянного эапоминаюшего 20устройства и к первому управляющемувходу управляемого формирователя им"пульсов, выход датчика опорного положения соединен с вторым управляющим входом управляемого формирователя импульсов и с управляющим входомпереключателя сигналов через делитель частоты и непосредственно с установочным входом реверсивного счетчика.30При этом управляемый Формирователь импульсов содержит умножительчастоты, первый и второй переключатели импульсов и блок дешифраторов,причем вход и.выход умножителя частоты через первый переключатель импульсов соединены с одним из входоввторого переключателя импульсов ис блоком дешифраторов, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами второго переключа"теля импульсов, при этом вход умножителя частоты, третий выход блокадешифраторов,два входа второго переключателя, пеРвый управляющий вход 45блока дешифраторов и его второй управляющий вход, соединенный с управляющим входом первого переключателяимпульсов, служат соответственновходом, первым, вторым и третьим выходами, первым и вторым управляющимивходами управляемого формирователяимпульсов.Кроме того блок суммирования содержит инвертирующий усилитель", переключатель сигналов и фильтр нижнихчастот, причем вход и выход инвертирующего усилителя подключены к соответствующим входам переключателя сигналов, выход которого соелинен с входом фильтра нижних частот, при этом 60вход инвертирующего усилителя, управляющий вход переключателя сигналов и выход фильтра нижних частотслужат соответственно входом, управ".ляюьуми входом и выходом блока,65 На чертеже приведена электрическаяструктурная схема устройства,Устройство содержит датчик 1 давления, датчик 2 угловых положений,датчик 3 опорного положения, постоянное запоминающее устройство 4,первый блок 5 умножения, блок б суммирования, регистратор 7, причемдатчик 1 давления связан с однимиэ входов блока 5 умножения, к другому входу которого подключен выходпостоянного запоминающего устройства4, а выход блока б суммированиясеединен с входом регистратора 7.Устройство содержит также второй блок 8 умножения, переключатель 9 сигналов, управляЕмый формирователь 10 импульсов, реверсивный счетчик 11 и делитель 12 частоты, причем выход блока 5 умножения соединен непосредственно и через второй блок 8 умножения с соответствующими входами переключателя 9 сигналов. Выход последнего подключен к входу блока б суммирования, а выход датчика 2 угла поворота вала соединен с входом управляемого формирователя 10 импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом блока б суммирования, второй и третий выходы соедивены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 11, выход которого подключен к входу постоянного запоминающего устройства 4 и к первому управляющему входу управляемого формирователя .10 импульсов. Выход датчика 3 опор ного положения соединен с вторым управляющим входом управляемого Формирователя 10 импульсов и с управляющим входом переключателя 9 сигналов через делитель 12 частоты и непосредственно с установочным входом реверсивного счетчика 11. Управляемый формирователь 10 импульсов содержит умножитель 13 частоты, первый 14 и второй 15 переключатели импульсов и блок 16 дешифраторов, причем. вход и выход умножителя 13 частоты через первый переключатель 14 импульсов соединен с одним из входов второго переключателя 15 импульсов и с блоком 16 дешифраторов, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами второго переключателя 15 импульсов, при этом вход умножителя 13 частоты, третий выход блока 16 дешифраторов, два выхода второго переключателя 15, первый управляющий вход блока 16 дешифратоюов, второй его управляющий вход, соединенный с управляющим входом первого переключателя 14 импульсов служат соответственно входом, первым, вторым и третьим выходами, первым и вторым управляющим входами управляемого формирователя 10 импульсов.Блок 6 суммирования содержит инвертирующий усилитель 17, переключатель 18 сигналов и фильтр 19 нижних частот, причем вход и выход инвертирующего усилителя 17, управляющий вход переключателя 18 сигналов и выход фильтра 19 нижних частот служат соответственно входом, управляющим входом и выходом блока.Блок 16 дешифраторов йредставляет собой обычную комбинационно-логическую схему, состоящую, например, иэ дешифратора, управляющих кодов на первом управляющем входе формирователя 10, соответствующих началу и окончанию режима суммирования счетчика 11, счетного триггера, начальная установка которого осуществляется по фронту или срезу импульса на втором управляющем входе, а переключение - в момент начала режима суммирования счетчика 11, триггеров, управляющих с помощью переключателя 15 интервалами суммирования и вычитания счетчика 11, причем установка и сброс триггеров осуществляется при появлении соответствующих кодов на первом управляющем входе и синхронизйруется импульсами, поступающими на вход )блока 16 с выхода переключателя 14.Датчик 2 угловых положений формирует на своем выходе за оборот коленчатого вала серию импульсов, равномерно следующих друг за другом через угол Ч = 360/), где ) - число импульсов в серии.Датчик 3 опорного положения формирует один импульс за оборот коленчатого вала в момент, соответствующий нижней мертвой точке (н.м.т.) поршня исследуемого цилиндра.Принцип действия предлагаемого устройства легко пояснить уравнени- ем 60 65 О 4 МР.= -р(Ч) з 1 оЧЗЧ - о)Ч) - з 1 Мат,-1) -В течение одного цикла работы двигателя в устройстве осуществляется умножение текущих значений функции р Ч) на соответствующие значения )п Ч и интегрирование результата умножения. В течение другого цикла работы осуществляется умножение текущих значений функции р( Ч) на соответствующие значения ь)п 2 Ч и значение Л /2 с последуюшим интегрированием и сложением с результатом, полученным на первом цикле. Следовательно, определение значения р; осуществляется в течение двух циклов работы двигателя.Устройство работает следующим образом. 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При работе двигателя мгновенноезначение давления газов в цилиндрепреобразуется датчиком 1 в пропорциональный электрический сигнал. Этотсигнал поступает в блок 5, где осуществляется его маадтабирование,причем коэффициенты масштабированияна другом его входе изменяются дискретно по углу поворота вала. Значение каждого из коэффициентов соответствует значению синуса углаповорота, выбранному на участке угламежду моментами смены коэффициентовмасштабирования. Значения коэффициентов лежат в диапазоне изменениясинуса от 0 до 90 О. Смена коэффициентов масштабирования на выходе постоянного запоминающего устройства 4осуществляется по сигналам с кодового выхода счетчика 11.При появлении на выходе датчика3 импульса н.м.т., соответствующего началу рабочего цикла в цилиндре, счетчик 11 устанавливается в исходное состояние. По сигналу на еговыходе, соответствующему исходномусостоянию, на выход постоянногозапоминающего устройства 4 поступает первый (наименьший ) коэффициент,и начинается умножение текущих значений сигнала датчика 1 на этоткоэФфициент. Одновременно сигналисходного состояния счетчика 11 поступает на первый управляющий входформирователя 10. В результате оказывается разблокированиым второй выход последнего, связанный с суммирующим входом счетчика 11,На другой вход формирователя поступает сигнал с выхода делителя 12,осуществляющего деление на два частоты импульсов н.м.т. Скважность импульсов равна двум.гПусть в момент появления на выходе датчика 3 очередного импульса, .устанавливающего счетчик 11 в исходное состояние, на выходе делителя 12также начинает формироваться импульс. Этот импульс поступает на второй управляющий вход формирователя10 и обеспечивает прохождение на суммирующий вход счетчика 11 импульсовс выхода датчика 2. Таким образом,смена коэффициентов масштабированияосуществляется с частотой и в моментыпоявления импульсов на выходе датчика 2 угловых положений. По сигналу конечного состояния счетчика 11, соответствующему включе. нию последнего ) наибольшего/ коэффициента в блоке 4, блокируется пер. вый выход и открывается второй выход формирователя 10. В результате этого счетчик 11 начинает работать режиме вычитания, и включение коэффициентов масштабирования в блоке ум-, 979926Сигнал, поступающий в блок суммирования с переключателя 9, проходитна один вход переключателя 18 непосредственно, а на другой черезинвертирующий усилитель 17, меняющий полярность сигнала. С выходапереключателя сигнал поступает навход фильтра 19, Полярность сигнала на входе фильтра изменяется посигналу с выхода формирователя 10 вмоменты, соответствующие изменениюзнака функции синуса, воспроизводимой на выходе постоянного запоминающего устройства 4. Фильтр 19нижних частот осуществляет выделение постоянной составляющей сигнала, значение которой пропорционально среднему индикаторному давлениюв цилиндре.1Введение новых элементов: второго блока умножения, переключателя сигналов, управляемого Формирователя импульсов, реверсивного счетчика, делителя частоты - позволяет путем изменения коэффициента Ъ/2 на входе второго блока умножения производить измерения на двигателях, отличающихся значением отношения радиуса кривошипа к длине шатуна. В результате расширяется область применения устройства, поскольку оно становится пригодным к обслуживанию разных типов двигателей, например, в условиях тепловозного депо, где число типов обслуживаеюх двигателей определяется, как правило, числом типов тепловозов, припйсанных к данному депо. ножения происходит в обратном по",рядке.После возвращения счетчика 11 висходное состояние процесс умножения до окончания импульса на выходеделителя 12 повторяется еще раз аналогичным образом. Следовательно, втечение первого рабочего цикла, равного длительности импульса на выходеделителя 12 в блоке Б происходит умножение мгновенных значений Функции давления на модуль соответствующих значений функции синуса угла пово.рота коленчатого вала.С момента окончания импульса навтором управляющем входе формирователя 10 и до момента появления следующего импульса, т.е. в течение второго рабочего цикла, на входы суммирования и вычитания счетчика 11 иэФормирователя 10 попеременно поступают импульсы частотой в два разабольшей частоты импульсов датчика2. В результате, процесс умноженияв блбке 5 в течение второго рабочего цикла повторяется четыре раза, т.е 25происходит умножение мгновенных значений функции давления на модульсоответствующих значений функции синуса двойного угла,В течение первого цикла сигналс выхода блока 5 поступает в блок 6суммирования непосредственно, а втечение второго цикла через блок 8,где происходит умножение текущихзначений сигнала на значение коэфФициента /2, поступающего на второй вход блока 8, В дальнейшем каждые два цикла процесс повторяется,Это осуществляется с помощью перекпючателя 9 управление котОРым ПРО 4 Оизводит делитель 12,Блок 6 осуществляет интегрированиевходного сигнала эа каждые два рабочих цикла .в цилиндре.; причем направление интегрирования изменяетсяна противоположное в моменты изменения логического сигнала на управляющем входе блока 6. Значение этогосигнала поступающего, с первого выхода формирователя 10, соответствует знаку значений функции синуса,воспроизводимой на выходе постоянного запоминающего устройства 4 и изменяется в моменты изменения направления счета счетчика 11 с обратногона прямое. Начальная установка сигнала на первом выходе формирователя 10, соответствующая отрицательным значениям синуса, производитсяпо фронту или срезу импульса навходе. 60Сигнал с выхода сумматора поступает на регистратор 7, например, цифровой вольтметр постоянного тока,где и Фиксируется значение среднего индикаторного давления. 65 Управляемый формирователь 10 работает следующим образом.Импульсы с датчика 2, поступающиена вход Формирователя 10, в течение цикла, определяемого наличиемимпульса на втором управляющем входе, проходят через переключатель14 на вход блока 16 дешифраторов,и на вход переключателя 15. В течение цикла, определяемого наличием .паузы на втором управляющем входе,через,переключатель 14 поступают импульсы с выхода умножителя 13, удваивающего частоту сигнала датчика 2.Блок 16 дешифраторов по сигналам напервом управляющем входе, соответствующим исходному и конечному состояниямсчетчика 11, блокирует прохождениеимпульсов через переключатель 15 наодин иэ входов счетчика и обеспечивает их прохождение на другой вход.Состояние сигнала на первом выходеблока 16 дешифраторов определяетсясигналами на управляющих входах, какбыло описано выше,1Блок 6 суммирования работает слеДующим образом.формула изобретения 15 1, Устройство для измерения среднего индикаторного давления двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик давления, датчик угловых 5положений и датчик опорного положе"ния, постоянное запоминающее устройство, первый блок умножения, блоксуммированияи регистратор,.причемдатчик давления связан с одним из 10входов первого блока умножения, кдругому входу которого подключен выход постоянного запоминающего устройства, а выход блока суммированиясоединен с входом регистратора,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения области его применения, оно снабжено вторым блокомумножения, переключателем сигналов,управляемым Формирователем импульсов, реверсивным счетчиком и делителем частоты причем выход первогоблока умножения соединен непосредственно и через второй блок умножения с соответствующими входами переключателя сигналов, выход которогоподключен к блоку суммирования, выходдатчика угловых положений соединенс входом управляемого формирователяимпульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом блокасуммирования, второй и третий выходысоединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу постоянного запоминающего устройства и к первому управляющему входу управляемого Формирователяимпульсов, выход датчика опорногоположения соединен с вторым управляющим входом упраЪляемого формирова теля импульсов и с управляющим входом переключателя сигналов черезделитель чатсоты и непосредственно с установочным входом реверсивногосчетчика,2, Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что управляемый формирователь импульсов содержитумножитель частоты, первый и второйпереключатели импульсов и блок дешифраторов, причем вход и выход умножителя частоты через первый переключатель импульсов соединены содним из входов второго переключателя импульсов и с блоком дешифраторов,первый и, второй выходы которого соединены с управляющими входами второго переключателя импульсов, приэтом вход умножителя частоты, третий выход блока дешифраторов, двавыхода второго переключателя, первый управляющий вход блока дешифраторов и его второй управляющий вход,соединенный с управляющим входом первого переключателя импульсов, служат соответственно входом, первым,вторым и третьим выходами, первыми вторым управляющими входами управляемОго формирователя импульсов.3. Устройство по пл. 1 д 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что блоксуммирования содержит инвертирую. щий усилитель, переключатель сигналов и фильтр нижних частот, причемвход ы выход инвертирующего усилителя подключены к соответствующимввходам переключателя сигналов, выход которого соединен с входом Фильтра нижних частот, при этом входинвертирующего усилителя, управляющий вход переключателя сигналов и выход фильтра нижних частот служатсоответственно входом, управляющимивходом и выходом блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеПатент франции М 2266226,Ькл. С 01 . 23/08, 1975,Составиталь Н. ПатрахальцеРедактор О. Юрковецкая Техред М.Надь Корректор В. Бутяга Заказ 934 б/30 одписн илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,Тираж 887 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Рауш